下一代無線通信系統(tǒng)的自適應(yīng)傳輸技術(shù)研究.pdf

1、為了提高無線通信系統(tǒng)的有效性和可靠性，自適應(yīng)傳輸技術(shù)被廣泛引入下一代無線通信系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中。一方面，隨著人們對(duì)未來無線通信系統(tǒng)的可靠性、可支持移動(dòng)速度和單位比特性價(jià)比等方面不斷提出更高要求，研究者不僅要關(guān)注自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的高效性，更對(duì)算法的可靠性和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度有了更高的追求。另一方面，認(rèn)知無線電(CR， Cognitive Radio)技術(shù)的出現(xiàn)完全打破了傳統(tǒng)的頻譜授權(quán)機(jī)制對(duì)無線通信系統(tǒng)頻譜使用的桎梏，與頻譜共享、動(dòng)態(tài)頻譜接入(DSA

2、，Dynamic Spectrum Access)等概念緊密地結(jié)合在一起。 本文在對(duì)自適應(yīng)傳輸領(lǐng)域的經(jīng)典理論和算法進(jìn)行認(rèn)真的討論和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)高多普勒頻率條件下的MIMO-OFDM系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)、信道狀態(tài)信息(CSI，Channel Station Information)不精確條件下的MIMO自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)以及CR系統(tǒng)中的OFDMA自適應(yīng)資源分配技術(shù)進(jìn)行了深入研究，從系統(tǒng)的有效性、可靠性和計(jì)算復(fù)雜度等多個(gè)角度對(duì)其中的

3、自適應(yīng)傳輸算法進(jìn)行分析，對(duì)所涉及的關(guān)鍵問題進(jìn)行深入討論，使自適應(yīng)傳輸技術(shù)能夠更好地滿足未來無線通信系統(tǒng)的各種應(yīng)用需求，更適合在實(shí)際系統(tǒng)和環(huán)境中的應(yīng)用。論文的主要工作和創(chuàng)新之處在于： 首先，對(duì)高多普勒頻率條件下的MIMO-OFDM系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了研究。通過分析MIMO-OFDM系統(tǒng)等效信道的特點(diǎn)和規(guī)律，提出了基于馬爾科夫(Markov)模型的自適應(yīng)調(diào)制算法，并對(duì)算法的性能、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度做了數(shù)值和仿真分析。針對(duì)傳統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)

4、制算法可靠性方面的不足，所提算法在考慮不理想CSI影響的情況下改善MIMO-OFDM系統(tǒng)的性能。一方面，可以顯著提高系統(tǒng)有效信息速率和吞吐量，同時(shí)在信道多普勒頻率較高造成CSI質(zhì)量惡化的情況下，所提算法仍能夠滿足系統(tǒng)誤比特率(BER，Bit Error Rate)的要求；另一方面，所提算法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度明顯低于傳統(tǒng)的利用信道預(yù)測(cè)器的自適應(yīng)調(diào)制算法。 其次，對(duì)不精確CSI條件下的魯棒MIMO自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了三種全新的

5、魯棒自適應(yīng)調(diào)制算法。首先提出了魯棒貪婪算法。相比傳統(tǒng)的貪婪算法，所提出的魯棒貪婪算法可以在CSI不精確的條件下為MIMO系統(tǒng)提供穩(wěn)定的BER性能，即便CSI誤差較大，所提算法仍然可以滿足系統(tǒng)BER要求。然后，針對(duì)魯棒貪婪算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高的問題，提出了魯棒貪婪算法的簡化算法，極大地降低了算法復(fù)雜度。接下來，提出了一種最大化信息傳輸速率的魯棒算法，使系統(tǒng)的傳輸可靠性和頻譜效率都顯著提高。 再次，本文研究了CR系統(tǒng)中的OFDMA自適

6、應(yīng)資源分配技術(shù)。提出了三種新的自適應(yīng)資源分配算法來優(yōu)化CR系統(tǒng)下行鏈路的性能。第一種算法為CR系統(tǒng)下行鏈路的最優(yōu)自適應(yīng)資源分配算法，分析了CR用戶對(duì)授權(quán)用戶的干擾并給出了設(shè)置干擾限制的方法，在此基礎(chǔ)上將功率和干擾受限的最大化系統(tǒng)容量的自適應(yīng)資源分配問題轉(zhuǎn)化為線性不等式約束的凸優(yōu)化問題，并借助最優(yōu)化理論給出了解決方案。第二種算法在總功率和BER受限的條件下實(shí)現(xiàn)下行CR系統(tǒng)中最優(yōu)的子載波、比特和功率分配，可以理解為第一種算法在實(shí)際系統(tǒng)中的具